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8/13/2019 Hidraulica Presentacion
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REOLOGIA E
HIDRAULICA DE MECHAS
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Reologa eHidrulica
Es la ciencia de la fluidez de la materia que describe el
comportamiento del flujo del fluido.
Reologa
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Reologa eHidrulica
Es cualquier sustancia que se deforma continuamente cuandose somete a un esfuerzo de cizallamiento por muy pequeo
que sea este.
Fluido
Es la ciencia de la fluidez de la materia que describe el
comportamiento del flujo del fluido.
Reologa
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Reologa eHidrulica
Funciones del Fluido de Perforacin
Remover y transportar los cortes del hoyo.
Proveer presin hidrosttica - control del pozo.
Transmitir potencia hidrulica a la mecha o broca.
Refrigerar y lubricar la sarta de perforacin en su conjunto.
Proveer una torta o revoque a la pared del pozo
Proveer informacin del pozo
Prevenir la corrosin.
Proveer informacin de datos de las herramientas del fondo.
Brindar seguridad al personal y al medio ambiente.
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Reologa eHidrulica
Es cualquier sustancia que se deforma continuamente cuandose somete a un esfuerzo de cizallamiento por muy pequeo
que sea este.
Fluido
Es la ciencia de la fluidez de la materia que describe el
comportamiento del flujo del fluido.
Reologa
Esfuerzo Tangencial que tiende a deformar el elementofluyente.
Esfuerzo de Cizallamiento o Corte
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Reologa eHidrulica
Rgimen al cual se desenvuelve el esfuerzo de cizallamiento o
el fluido en comportamiento dinmico de desplazamiento
Tasa de Corte
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Reologa eHidrulica
Son aquellos fluidos en los cuales el esfuerzo de cizallamiento
o corte es directamente proporcional a la tasa de corte.
Fluido Newtoniano
Fluido Newtoniano n=1
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Reologa eHidrulica
El esfuerzo de cizallamiento es directamente proporcional a la
tasa de corte.
La viscosidad es independiente del regimen de cizallamiento y
disminuye con la temperatura.
La relacin YP/VP=0
No tiene capacidad de suspensin
Indice de comportamiento de flujo (n) igual a 1
Fluido Newtoniano - Caractersticas
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Reologa eHidrulica
Fluido No-Newtoniano
Son aquellos fluidos que presentan una amplia variedad de
relaciones entre el esfuerzo de cizallamiento o corte y la tasa
de corte.
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Reologa eHidrulica
Fluido No-Newtoniano - Caractersticas
La incorporacin de slidos cambia el comportamiento
reolgico de un fluido Newtoniano a uno No Newtoniano.
La viscosidad depende de las condiciones de flujo.
se requiere un esfuerzo de cizallamiento inicial para empezar
a deformar el fluido (YP).
Posee capacidad de suspensin
Los fluidos de perforacin son considerados fluidos No
Newtonianos.
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Reologa eHidrulica
Tipos de Fluido No Newtonianos
Plstico de Bingham
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Reologa eHidrulica
Power Law o Exponencial
Lnea Curva en papel cartesiano.
Lnea recta en papel Log-Log.
Se utiliza para realizar los
principales clculos con lodos de
perforacin (K y n)
n < 1 y aplica para la mayora de
los fluidos de perforacin.
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Reologa eHidrulica
Tipos de Fluido No Newtonianos
Pseudoplsticos
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Reologa eHidrulica
Tipos de Fluido No Newtonianos
Dilatantes
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Reologa eHidrulica
Tipos de Fluido No Newtonianos
Tixotrpicos (Ketchup)
Reopcticos (Yeso)
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Reologa eHidrulica
Propiedades del Fluido de Perforacin
Densidad
Viscosidad de Embudo
Viscosidad Plstica (PV)
Punto de Cedencia (YP)
Geles
pHPf/Mf/Pm
Prdida de Fluido API
Prdida de Fluido HPHT
% de Slidos y Aceite
MBTCal
Cloro
Estabilidad Elctrica
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Reologa eHidrulica
Viscosidad de Embudo (Marsh)
Medida Emprica
galon de Agua en 26 sec
Propiedades
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Densidad
Es medido a travs de una
balanza de lodos.
Sus unidad es Lb/gal.
Propiedades
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Reologa eHidrulica
VP , YP y Geles a los 10 seg y 10 min
El esfuerzo de Corte es medido
en la tasa de corte.
PV = 600 rpm 300 rpm
YP= 300 rpm - PV
Propiedades
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Reologa eHidrulica
Filtrado API y revoque
Simula el filtrado hacia la
formacin con 100 psi de
diferencial durante 30 min
Se determinar el espesor del
revoque.
Propiedades
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Prdidas deCirculacin y Problemas deHoyo
Pobre limpieza de Hoyo (Hidrulica)
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Reologa eHidrulica
Sistema de Circulacin
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Reologa eHidrulica
Prdidas de Presin
Es la suma de la prdida de presin en todo el sistema
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Reologa eHidrulica
Prdidas de Presin
El Factor de friccin viene en funcin de la rugosidad de la
tubera y del Nmero de Reynolds.
Para flujos Turbulentos
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Reologa eHidrulica
Prdidas de Presin
Para efectos de esta clase, se tomar la siguiente
ecuacin para determinar las prdidas de presin dentro
de las tuberas.
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Reologa eHidrulica
La prdida de Presin en la mecha es:.
Prdidas de Presin
Donde An:
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Prdidas de Presin
Tubera - Anular
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Perfiles de Velocidad
Flujo Tapn Flujo Laminar
Flujo de Transicin Flujo Turbulento
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Reologa eHidrulica
Velocidad Crtica
Sucede cuando el fluido pasa de laminar aturbulento.
Va Vc =>Flujo Turbulento
Va es la velocidad en el anular
Vc es la velocidad crtica
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Prdidas de Presin
Velocidad Crtica
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Prdidas de Presin
Velocidad en el anular
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Reologa eHidrulica
Prdidas de Presin . Ejercicio 1
Profundidad Total: 17.193 ft
Dimetro del Hoyo 6-1/2
Densidad: 15 lpg ; PV 29, n=0,43, k 2,45
Long DC: 818 ft
OD DC: 4,8
ID DC: 1-1/2
Long DP: 16.375 ft
OD DP: 3-1/2 x 15,5 lb/ft
ID DP: 2,602
Equipos de Superficie Clase 2
Nozzels 2-11 y 1-12
Perforando con 147 gpm y 3.100 psi
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Prdidas de Presin
Stand Pipe.
Hose
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Prdidas de Presin
Swivel.
Kelly
Total
DESPRECIABLE
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Prdidas de Presin
Drill Pipe
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Prdidas de Presin
Drill Collar
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Prdidas de Presin
Mecha
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Reologa eHidrulica
Prdidas de Presin
Drill Pipe- Anular
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Prdidas de Presin
Drill Pipe- Anular Velocidad Crtica
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Reologa eHidrulica
Prdidas de Presin
Drill Pipe- Anular - Velocidad
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Reologa eHidrulica
Prdidas de Presin
Drill Collar Anular
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Prdidas de Presin
Presin de Superficie Total Requerida:
Ps =12 +1.766 +1.262 +338 +371 +51 =3.800 psi
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Reologa eHidrulica
Prdidas de Presin . Ejercicio 2Profundidad Total: 5.600 ft
Dimetro del Hoyo 8-1/2Densidad: 8,7 lpg ;Lectura de 600 = 42, Lectura de 300 =35 (lodo viscoelstico)
Long DC: 500 ftOD DC: 6
ID DC: 1,5
Long HW: 2.190 ftOD HW: 5
ID HW: 3
Long DP: 2960 ftOD DP: 5
ID DP: 4,276
Equipos de Superficie Clase 4Nozzels 6-11 y 2-12
Perforando con 450 gpm
Determinar:L a presin mnima quedebetener la
bomba para vencer las presiones entodo el sistema
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Reologa eHidrulica
Resultados
Ejercicio 2
STANDPIPE HOSE SWIVEL KELLY DP HW DC MECHA DC-ANU HW-ANU DP-ANU DP-ANU
2 11 6 2 108 442 2.869 266 24 64 86 3.880
Ejercicio 3
STANDPIPE HOSE SWIVEL KELLY DP HW DC equipdirec MECHA DC-ED-ANU HW-ANU DP-ANU DP-ANU
4 20 22 10 184 564 30 250 266 0,4 2 4 1.357
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Reologa eHidrulica
Conclusiones
Cmo es el comportamiento de un fluido bajo en slidos conrespecto a uno alto en slidos (n)?
Dnde se pierde la mayor cantidad de presin en el sistema?
Cmo se puede determinar las prdidas de presiones en las
conexiones superficiales?
Es posible determinar la tasa de la bomba a la cual el fluidollega a ser turbulento?
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Reologa eHidrulica
HIDRAULICA
La Hidrulica puede ser maximizada usando El Mtodo de
Caballaje o Impacto.
Resumiendo
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Reologa eHidrulica
Hidrulica
La Hidrulica puede ser maximizada usando El Mtodo de
Caballaje o Impacto
.
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Reologa eHidrulica
Hidrulica
Los HP en la mecha ser maximizada:
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Reologa eHidrulica
Hidrulica
Tomando S = 1,86 (pendiente de la recta)
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Reologa eHidrulica
Hidrulica
El Mtodo de Caballaje ser maximizadocuando las prdidas de presin en el sistemade circulacin sean el35% de la mximapresin permisible en la Bomba y las prdidas
en la mecha sean 65% restante.
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Hidrulica
El mtodo de Fuerza de Impacto ser:
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Reologa eHidrulica
Hidrulica
Tomando S=1,86 para maximizar el mtodo de Impacto
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Reologa eHidrulica
Hidrulica
El Mtodo de Fuerza de Impacto sermaximizado cuando las prdidas de presin enel sistema de circulacin sean el52% de lamxima presin permisible en la Bomba y las
prdidas en la mecha sean 48% restante.
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Reologa eHidrulica
Hidrulica
Manteniendo la misma presin de superficie (Psmax), la
rata de flujo puede variarse y el HP e IF pueden ser
calculados.
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Reologa eHidrulica
La tasa de flujo no puede ser calculada directamente delas prdidas por friccin en el sistema de circulacin.
Usualmente se calcula las prdidas de presin en el
sistema de circulacin con 2 ratas ygraficando Pcir vs Q
en papel log-log (lnea recta) para determinar la tasa deflujo o calcular la tasa de flujo desde la pendiente de larecta
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Reologa eHidrulica
Para disear la hidrulica del sistema, se debe determinar:
Presin mxima permisible en el sistema
Mxima tasa de bombeo, Q max
Mnima tasa de bombeo, Q mn.
La Finalidad es determinar el tamao de los Nozzels(chorros) de la mecha para poder generar la cada de
presin requerida.
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Reologa eHidrulica
1) Se debe establecer los lmites del sistema:La mxima presin de las bombas del taladro. Dado por la
contratista.
Pmx= 2500 psi
Vel mx = 110 stroke/minDesp mx = 3,3 gal/stroke
Qmx = Vel x Desp
Q mx = 110 x 3,3 = 363 gpm
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Reologa eHidrulica
2) Se harn los clculos a 9.000 ft, 12.000 ft y 15.000 ft
3) Se calcularn las prdidas de presin en el sistema de
circulacin para cualquieras 2 tasas asumidas.
Para este caso se asumir:Q1=200 gpm yQ2=500 gpm.
4) Ignorar las presiones en superficie
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Reologa eHidrulica
Para los siguientes Datos:
Profundidades: 9.000 ft, 12.000 ft y 15.000 ft
Dimetro del Hoyo 8-1/2
Densidad: 16 lpg ; PV= 25, YP=12
Long DC: 600 ftOD DC: 6,1/2
ID DC: 2,25
OD DP: 4-1/2ID DP: 3,826
Determinar el Dimetro de los Nozzels (mecha de 3 Nozzels)
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Reologa eHidrulica
Frmulas Adicionales
Clculo de la Pendiente
Tamao de los Nozzels
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Reologa eHidrulica
Frmulas Adicionales
HSI
IFSI
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Reologa eHidrulica
1) Se determinan las prdidas de circulacin del sistema
(Pc) y se grafica el valor.
Para el Drill Pipe - Interno
Q = 200 gpm @ 9.000 ft
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Reologa eHidrulica
Para el Drill Collar - Interno
Q = 200 gpm @ 9.000 ft
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Reologa eHidrulica
Se determina n y k
Q = 200 gpm @ 9.000 ft
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Reologa eHidrulica
Se determina la Velocidad Anular - Dc
Q = 200 gpm @ 9.000 ft
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Se determina la Velocidad Anular - Dp
Q = 200 gpm @ 9.000 ft
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Reologa eHidrulica
Se determina la Prdida de Presin en el Anular - Dc
Q = 200 gpm @ 9.000 ft
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Reologa eHidrulica
Se determina la Prdida de Presin en el Anular - DP
Q = 200 gpm @ 9.000 ft
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Se determina las Prdidas en el Sistema
Q = 200 gpm @ 9.000 ft
Se realizan los mismos clculos para Q=500 gpm
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Resultados @ 9.000 ft:
2754
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Se Realizan los mismos clculos pero para las otras dos
profundidades 12.000ft y 15.000 ft
Se plotean los resultados en un papel Log-Log
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Se determina las Prdidas en el Sistema a travs del
Mtodo de HP
Para conexiones
Para la Mecha
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Se determina las Prdidas en el Sistema a travs del
Mtodo de Fuerza de Impacto
Para conexiones
Para la Mecha
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Mtodo de Potencia (HP)
Grficamente
De la grafica se determina
la Tasa, que es donde
la Pc max HP= 875
La tasa es la mayor,siempre y cuando no
sea mayor que la
mxima del taladro.
(259 gpm)
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Matemticamente se determina el caudal por:
Se determina la pendiente de la recta.
Se sustituye la Tasa buscada.
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Determinacin de los Nozzels
Como ya se vio
Se calcula los tamaos de los Nozzels basados en la
prdida de presin de la mecha (1625 psi) y la tasa de
flujo (259 gpm)
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Determinacin de los Nozzels
El Area Total de Flujo es:
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Determinacin de los Nozzels
El Numero de Nozzels son:
Lo Nozzels de la Mecha para el mtodo HP:10 10 - 11
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Se Realizan los mismos clculos para el Mtodo de
Impacto @ 9000 ft y 325 gpm
Se determina el HSI y el IFSI
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